近期，中国科学技术大学潘建伟教授及同事彭承志、张强等组成的研究小组，在国际上首次成功实现了白天远距离（53km）自由空间量子密钥分发，通过地基实验在信道损耗和噪声水平方面有效验证了未来构建基于量子星座的星地、星间量子通信网络的可行性。国际权威学术期刊《自然·光子学》日前发表了该成果。
   

基于卫星平台的量子通信是构建全球量子通信网络最为可行的手段，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”目前已经在国际上成功实现了首次星地量子通信，为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究奠定了技术基础。但由于阳光噪声的影响，“墨子号”卫星只能在夜晚工作，至少需三天才能完成全球范围内地面站点的覆盖。
   

为提高卫星量子通信实用化水平，可行的途径是构建由多颗低轨道卫星或高轨道卫星组成的量子星座，建立覆盖全球的实时量子通信网络。构建量子星座需突破两个技术难题：一是通信距离增加会导致链路损耗增大，二是卫星轨道升高会显著增大被太阳光照射的概率。
   

为抑制白天阳光背景噪声，潘建伟团队近期从三方面发展关键技术，他们采用1550nm波段光子开展实验，优化光学系统，将噪声降低超过一个数量级，并发展频率上转换单光子探测技术、自由空间光束单模光纤耦合技术，降低噪声约四个数量级。研究小组在相距53公里的两点间完成了白天阳光背景下的量子密钥分发实验，实验结果验证了太阳光背景下开展星地、星间量子密钥分发的可行性，为下一步构建量子星座打下了坚实的技术基础。
   

《自然·光子学》审稿人评价该成果“应对了白天自由空间量子密钥分发的一个重要挑战”， 称赞这是一项“卓越的成就”。